Проектирование четырехосного вагона

Проектирование четырехосного вагона

Проектирование четырехосного вагона

1. Актуальность выбранной темы

Транспортировка контейнеров - наиболее динамично развивающийся сектор железнодорожных перевозок. Стабильный рост объемов контейнерных перевозок по железным дорогам наблюдается с 1995 г. Так, если в 1997 г. перевозилось 7,2 млн. т грузов, то в 2005 г. - уже 20,8 млн. т. А к 2010 г. прогнозируется увеличение объемов перевозок до 30 млн. т.

Наблюдая за ростом увеличения контейнерных перевозок видно, что преимущественно все они перевозятся на специализированном подвижном составе - платформа. Сами же платформы разнообразны по предназначению. Но в основном контейнеры перевозят на так называемых фитинговых платформах.

В свое время был выпуск в больших количествах платформы модели 13 - 401, платформа-лесовоз! Но спрос на них не превысил предложения, и для реализации уже готовой платформы возникла идея оснастить ее фитингами для перевозки контейнеров. Платформа одна, а разнообразие перевозки грузов выросло бы вдвое.

. Описание вагона прототипа в целом и по узлам

Техническое описание платформы модели 13-401

Базовая четырехосная платформа модели 13-401 для перевозки лесоматериалов (рис. 1.1) состоит из типовой рамы, стационарных стоек, двух тележек модели 18-100, автосцепного оборудования, тормозного оборудования, воздухопроводов и арматуры.

Рис. 1.1 Общий вид платформы модели 13-401

Платформа модели 13-401 имеет следующие технические параметры: масса тары вагона - 24,0 т; грузоподъемность - 70,0 т;

осевая нагрузка вагона -22,85 т/ось;

L - наружная длина по раме вагона, 2L = 13,4 м;   

2L_СЦ - длина по осям сцепления, 2L_СЦ = 14,62 м.

Приведенные выше линейные размеры позволяют перевозить два контейнера 1СС (20-футовый, длина - 6 м), и один контейнер 1АА (40 футовый, длина - 12 м).

Уральский НИИ лесной промышленности за свою более чем полувековую историю самостоятельно и совместно с другими отраслевыми институтами и заводами-изготовителями разработал и внедрил гамму подъёмно-транспортного оборудования позволяющего эффективно отгружать лесоматериалы по ОАО «РЖД». Были созданы: специализированный подвижной состав колеи 1520 мм для перевозки лесоматериалов и хлыстов, перегрузчики хлыстов JIT-62 электрогидравлические грейфера различной грузоподъёмности и назначения, совместимые с железнодорожными вагонами, а также другое оборудование для лесных предприятий, упрощающее и облегчающее погрузку и крепление груза вагонах и на платформах.

Рис. 1.2 Платформа с оборудованием ВО-118 (основной габарит погрузки)

В 1980-1981 годах было разработано, прошло испытания и сдано на ее изготовление оборудование ВО-118 (рис 1.2). Это оборудование выпускалось под авторским контролем «УралНИИЛП» десятками заводов СССР и России. Выпущено и до сих пор эксплуатируется на железных дорогах России и стран ближнего зарубежья порядка пяти тысяч комплектов оборудования.

В 1985-1986 годах (в связи с введением МПС зонального габарита) «УралНИИЛП» была переработана документация, проведены испытания трех исполнений оборудования ВО-118 и осуществлен массовый выпуск (перевод) ограждающего оборудования под зональный габарит (рис. 1.3).

а) б)

Рис. 1.3 Платформы, оборудованные по зональному габариту стойками ВО-118 с цепными стяжками (рис. а) и стойками ВО-118 с торцевыми стенками ВО-162 без цепей (рис. б)

Оборудование ВО-118 (три исполнения, таблица 1) предназначено для перевозки круглых и пиленых лесоматериалов длиной от 3,0 до 13,4 м на платформах моделей 13-401 (13-4012) колеи 1520 мм.

Таблица 1. Техническая характеристика ВО-118

Рис. 1.4. Оборудование Кузнецова типа ВО-162 исполнение 3

Базовая платформа изначально предназначена для перевозки лесоматериалов.

Рама платформы состоит из хребтовой балки (сварные двутавры), двух концевых балок коробчатого сечения, двух шкворневых и двух промежуточных балок, раскосов, усиливающих продольных и поперечных балок, стационарных стоек.

Рама снабжена двумя стальными литыми пятниками диаметром 450 мм и высотой 95 мм, с помощью которых осуществляется опора кузова на тележки.

Несущие элементы кузова вагона изготовляются из стали марки 09 Г2Д, надрессорная балка, боковая рама из стали 20Г1ФЛ.

Силы, действующие на вагон

На вагон постоянно действуют нагрузки, уровень которых практически не изменяется в течение времени службы вагона (или изменяется весьма незначительно). Эти нагрузки называются статическими.

В течение всего срока службы детали и узлы вагона находятся под действием собственного веса, величина которого остается постоянной. При проектировании тара вагона (его собственная масса) определяется в зависимости от тары деталей и узлов, образующих кузов, раму, ходовые части, автосцепное и автотормозное оборудование.

В эксплуатации грузовой вагон находится под действием массы перевозимого груза, называемой полезной нагрузкой. Ее величина при загрузке различными грузами изменяется, но не должна быть больше установленной грузоподъемности вагона. При проведении прочностных расчетов полезную нагрузку принимают постоянной, равной грузоподъемности вагона.

К статическим силам относятся также гидростатические и распорные усилия, возникающие при перевозках в цистернах, полувагонах, крытых вагонах, хопперах и других вагонах жидких, сыпучих и других навалочных грузов. При проведении уточняющих расчетов эти силы могут учитываться как временные, действующие не постоянно.

При движении по рельсовому пути происходят колебания вагона в различных плоскостях, в результате которых возникают дополнительные нагрузки то на одну, то на другую деталь или узел конструкции. Эти нагрузки являются переменными, они зависят от времени и называются динамическими силами, действующими на вагон. Динамические силы возникают в вертикальной плоскости, в горизонтальной (поперек пути) и продольной (вдоль пути) плоскостях. К динамическим силам относятся возникающие при установившихся и переходных колебательных процессах силы взаимодействия вагона с рельсами при движении в прямых, круговых и переходных кривых участках пути. Кроме того, динамическими являются силы взаимодействия между деталями и узлами вагона, вагонами и локомотивом при трогании поезда с места, экстренном торможении, маневровой работе на станции, установившемся режиме движения поезда на перегоне.

Уровень возникающих динамических сил зависит от многих причин: состояния рельсового пути, его геометрических параметров, жесткостных и диссипативных свойств, режима движения поезда, упругих и диссипативных свойств рессорного подвешивания и ударно-тяговых приборов вагона. При повышенных скоростях движения существенное значение оказывает воздействие воздушной среды, сила и изменчивость ветровой нагрузки.

Состояние подвижного состава и рельсового пути в эксплуатации в пределах нормируемых конструктивных и эксплуатационных допусков в содержании носит случайный, вероятностный характер. В связи с этим и действующие в процессе движения на вагон динамические силы являются случайными величинами, случайными функциями времени или скорости. На рис. 1.6 показаны полигоны распределения коэффициентов вертикальной динамики k_дв, полученные по экспериментальным данным ОАО «ВНИИЖТ» и ОАО «НИИ вагоностроения» для элементов тележек пассажирских и грузовых вагонов.

Данные, приведенные в работе, свидетельствуют о том, что они несимметричны относительно максимальных ординат, частота которых очень мала. Наиболее часто повторяющиеся величины в несколько раз меньше максимальных. Расчеты показывают, что за амортизационный срок службы вагона общее число повторений амплитуд вертикальных динамических нагрузок разных уровней, влияющих на усталостную прочность, составляет (3-6)-10⁸, а общее число повторений продольных усилий для грузового вагона (4-5) 10⁵ раз.

На вагон действуют также тормозные силы, возникающие при движении поезда в режиме торможения.

Вагон подвергается ряду воздействий, носящих временный характер: сил, возникающих при механизированной погрузке и разгрузке вагона (погрузка грейфером, разгрузка на вагоноопрокидывателе), сил, возникающих при ремонте вагона (при подъеме кузова домкратами), системы самоуравновешенных сил при движении по кривым участкам пути (вертикальная кососимметричная нагрузка).

Кроме того, вагон и его части подвергаются воздействию сил, обусловленных особенностями технологии его изготовления и ремонта (процессы сборки узлов и деталей вагона, сварочные работы и др.).

Для грузовых вагонов максимальная масса брутто определяется по допускаемой величине статической осевой нагрузки р₀ от колесной пары на рельсы и числу колесных пар т_{) в вагоне:

= .

= Т+Р

Необходимо заметить, что при расчетах деталей на прочность в статическую нагрузку, действующую на деталь, включается и собственный вес рассчитываемой детали.

Величина и характер приложения полезной нагрузки для универсальных грузовых вагонов, а также для грузовых и пассажирских специального назначения указываются в техническом задании на проектирование.

Приведение нагрузок, действующих на вагон, к нормативным значениям.

На основании проводимых различными учеными и организациями теоретических поисков и результатов экспериментальных исследований для расчета и проектирования вагонов разрабатываются Нормы для расчета и проектирования вагонов железных дорог МПС колеи 1520 мм (несамоходных) (далее - «Нормы»).

Существующие в настоящее время «Нормы» созданы ОАО «ВНИ- ИЖТ» и ОАО «НИИ вагоностроения» и внедрены в 1996 г. Они устанавливают основные требования по конструированию вагонов с целью обеспечения их прочностных свойств, надежности, устойчивости в рельсовой колее, динамических качеств с точки зрения безопасности движения и плавности хода. Действие этих норм распространяется на весь парк несамоходных грузовых и пассажирских вагонов, а также вагонов промышленного транспорта, эксплуатирующихся на сети железных дорог ОАО «РЖД». Кроме требований, «Нормы» содержат рекомендации и справочные материалы, способствующие более рациональному использованию прогрессивных решений при создании новых конструкций вагонов. Проектирование вагонов с соблюдением требований «Норм» позволяет обеспечить достаточный уровень безопасности движения, т.е. с высокой степенью вероятности утверждать, что при движении в эксплуатационных условиях не произойдет авария или крушение поезда.

При проектировании вагона в техническом задании, кроме назначения вагона, его осности, габарита, предельных значений нагрузки на ось колесной пары и погонной нагрузки, указывается необходимая конструкционная скорость движения вагона, т.е. наибольшее значение скорости движения, при которой должна обеспечиваться работоспособность всех систем, устойчивость и плавность хода вагона на прямом участке пути хорошего технического состояния. Поэтому для реализации заданных положений при проектировании вагонов должны учитываться: современные и перспективные условия эксплуатации; требования по улучшению динамических качеств вагонов и их воздействия на путь; необходимость обеспечения прочностных свойств и коррозионной стойкости элементов конструкции. Обязательно принимают во внимание обоснованные рекомендации к надежности вагона, его безотказности, долговечности и ремонтопригодности; вопросы снижения собственного веса конструкции, подбора рациональных геометрических сечений несущих элементов; условия механизированной погрузки и разгрузки грузов. Учитывают также правила технической эксплуатации железных дорог, правила техники безопасности, противопожарные требования и санитарно-гигиенические нормы для пассажиров и обслуживающего персонала. Необходимо также соблюдать требования по унификации и стандартизации узлов и деталей вагона, сохранности перевозимых грузов.

Для оценки нагруженности вагона при проектировании необходимо знать для каких условий эксплуатации создается новый вагон. «Нормами» регламентируется, что проектируемые грузовые вагоны будут использоваться в поездах массой до 10 ООО т, а пассажирские в пассажирских поездах массой до 2000 т. Пассажирские вагоны в порожнем состоянии или в качестве служебных можно включать в грузовые поезда массой не более 5000 т.

Проектирование перспективных вагонов и расчет их конструкций должны производиться на конструкционные скорости движения: грузовые вагоны - на 33,3 м/с (120 км/ч), изотермические - на 38,8 м/с (140 км/ч) и пассажирские - на 44,4% (160 км/ч).

Обычно величина нагрузки на ось вагона устанавливается техническими требованиями заказчика.

При установлении предельных значений осевой нагрузки [Р₀] учитывают назначение, конструкционную скорость движения, сферу обращения вагона, подготовленность железнодорожного пути для реализации данной осевой нагрузки.

При проектировании вагона необходимо выполнять условия, при которых расчетные значения осевой нагрузки не должны превышать предельно допустимых величин, т.е. ≤ [].

Исходя из конструкции железнодорожного пути устанавливают предельные значения погонной нагрузки на путь [q_бр]. Тогда расчетное значение статической погонной нагрузки от силы тяжести (веса) вагона брутто определяется по формуле

где 2L_oб - длина вагона по осям сцепления автосцепок.

При расчетах необходимо соблюдать условие q_бр≤ [q_бр]. При расчетах в связи с увеличением осевых нагрузок существенно возрастает погонная нагрузка на путь от тележки вагона. Погонная нагрузка увеличивается также при динамическом воздействии от тележки на путь.

Расчетные средние значения динамической погонной нагрузки на путь от тележки согласно «Нормам» определяются по формуле

где, [] - средняя и предельно допустимые динамические погонные нагрузки на путь от тележки;

21_Т - база тележки;

∆l= 2,2 м - условная длина общей расчетной зоны влияния крайних осей;

- расчетный коэффициент вертикальной динамики вагона.

При проектировании вагонов допускаются значения [] - до 103 кН/м (10,5 тс/м) и [q_дин] - до 168 кН/м (17,1 тс/м).

Все вагоны, имеющие большие, чем указаны, значения осевых и погонных нагрузок, проектируют по согласованным с ОАО «РЖД» специальным требованиям.

Нормирование расчетных сил при проектировании вагонов и расчетные режимы нагружения

При оценке нагруженности вагонов, их узлов в соответствии с «Нормами» регламентируют все основные и дополнительные силы, действующие на вагон.

К основным силам, действующим на вагон, относятся:

         собственная сила тяжести конструкции (тары вагона) и сила тяжести груза;

         силы инерции, возникающие при колебаниях вагона при его движении по неровностям железнодорожного пути;

         силы, возникающие при движении вагона по переходным, круговым кривым и стрелочным переводам;

         силы, имеющие волновой или ударный характер и возникающие в горизонтальной продольной плоскости при различных режимах движения поезда и маневровой работе;

         аэродинамические силы (силы давления ветра и т.п.).

Конструкции вагонов различаются в зависимости от назначения, условий эксплуатации. Поэтому вместе с перечисленными выше силами при расчетах дополнительно учитываются:

         силы распора (давления) сыпучих и навалочных грузов;

         силы гидравлического удара в котлах цистерн, баках, резервуарах;

         силы давления жидкостей и газов при перевозке их в котлах цистерн, грузовых емкостях бункерных вагонов.

Перечисленные выше силы при расчетах и проектировании вагонов приводят к следующим основным схемам их приложения:

         вертикальная нагрузка;

—      продольная нагрузка;

—      группы самоуравновешенных сил (вертикальных кососимметрич - «1Х, горизонтальных от распора сыпучих грузов и др.).

Кроме того, при оценке нагруженности вагонов необходимо учитывать силы, действующие при механизированной погрузке и выгрузке; внешние силы, которые действуют на вагон при постройке и ремонте; внутренние силы, возникающие при постройке и ремонте вагонов от пользования важнейших технологических факторов; силы, действующие на вагон при его перевозках на паромах.

При оценке прочностных и усталостных свойств отдельных узлов и деталей вагонов необходимо также учитывать дополнительные силы от колебаний навесного оборудования, силы давления воздуха в тормозных цилиндрах, резервуарах; силы, действующие на увязочные устройства при перевозке штучных грузов, и т.д.

Напряжения, возникающие от действия дополнительных сил, обычно суммируются с напряжениями от основных сил.

«Нормами» для расчета и проектирования вагонов установлены два новых и один дополнительный расчетные режимы.расчетный режим. Этому режиму для грузовых вагонов соответствуют силы, возникающие при трогании состава повышенной массы и иные с места и его осаживании, при производстве маневровых работ и ударении вагонов, при экстренном торможении в поездах, движущихся с малыми скоростями, а для пассажирских вагонов - силы, возникающие при маневрах и аварийном соударении, при столкновении вагонов в в нештатных ситуациях, а также при аварийном рывке (толчке) вагона, движущегося в составе грузового поезда.

Основным требованием этого режима является недопущение появления остаточных деформаций (повреждений) в узле или детали вагона при действии достаточно резкого сочетания экстремальных значений нагрузок.

Величины продольных нагрузок для I режима при расчете на прочность принимаются равными:

—      при действии сжимающих сил квазистатические силы и силы при ударных процессах (удар) для грузовых вагонов основных типов соответственно составляют 3 и 3,5 МН; для изотермических вагонов, хоппер-дозаторов, вагонов-самосвалов - 2,5 и 3 МН; для пассажирских вагонов всех типов - 2,5 МН в обоих случаях;

—      при действии растягивающих сил уровень квазистатической силы уровень импульсных усилий растяжения (рывок) соответственно для грузовых вагонов принимаются равными 2,5 МН в обоих случаях, а для пассажирских вагонов - 1,5 и 2 МН.

Время действия импульсных усилий (удара и рывка) принимается равным 0,3 с.

При расчетах по I режиму допускаемые напряжения необходимо принимать близкими к пределу текучести δ_т или пределу прочности δ_в в зависимости от свойств материала и характера приложенной нагрузки (ударный или волновой процессы).

Дополнительный специальный расчетный режим. Он устанавливается для отдельных типов вагонов, а необходимость проведения расчета указывается в техническом задании на проектирование. При расчетах учитывают силы, создающие неблагоприятное сочетание нагрузок для данного типа вагона (при ремонтных операциях, погрузочно-разгрузочных работах и т.д.).

Расчетный режим. Этому режиму в условиях эксплуатации соответствуют силы, возникающие при движении вагона в составе поезда по прямым, кривым участкам пути и стрелочным переводам с допускаемой скоростью вплоть до конструкционной при периодических служебных регулировочных торможениях, периодических умеренных (при незначительном изменении ускорений) рывках и толчках, нормальной работе механизмов и узлов грузовых и пассажирских вагонов. Основное требование режима - недопущение усталостного разрушения узла или детали вагона при достаточно частом действии возможных сочетаний умеренных по величине нагрузок, соответствующих нормальной работе вагона в движущемся поезде.

Для III режима величины продольных нагрузок при расчете на прочность грузовых вагонов основных типов, изотермических, пассажирских вагонов, хоппер-дозаторов, вагонов-самосвалов соответственно для сжимающих и растягивающих сил (квазистатические силы и силы от ударных воздействий, рывков) принимаются равными 1 МН. При расчетах по III режиму допускаемые напряжения определяют исходя из пределов выносливости материала с учетом совместного действия квазистатических, вибрационных, ударных нагрузок, влиянии коррозии металла и т.д.

Определение в соответствии с «Нормами» нагрузок, действующих на вагон

При расчетах вагонов на вертикальную нагрузку необходимо учитывать собственную силу тяжести (тару) вагона, силу тяжести (вес) груза и вертикальную динамическую нагрузку, которая возникает при колебаниях и взаимодействии вагонов при движении поезда и маневровой работе.

Для каждой рассчитываемой детали вагона величина собственной силы тяжести определяется суммарной силой тяжести всех частей вагона, нагружающих эту деталь, включая и силу тяжести самой детали. При расчетах собственная сила тяжести включает в себя расчетный вес предметов экипировки вагона.

Сила тяжести груза (грузоподъемность вагона) и характер ее приложения для грузовых и изотермических вагонов устанавливаются техническим заданием на проектирование.

Для пассажирских вагонов сила тяжести груза определяется с учетом массы пассажиров с багажом в соответствии с расчетной населенностью вагона. Расчетная населенность для различных типов пассажирских вагонов определяется так:

—           вагоны дальнего сообщения - по наибольшему числу мест, предусмотренных при эксплуатации вагона;

—           вагоны межобластного (местного) сообщения - по проектному телу мест для сидения и количеству стоящих пассажиров из расчета 5 человек на 1 м² свободной площади пола, включая тамбуры и проходы;

—           второй этаж двухэтажного вагона - по проектному числу мест для сидения и количеству стоящих пассажиров из расчета 4 человека на 1 м² свободной площади пола.

При расчетах средняя масса пассажира с багажом принимается равной 1 кН (100 кг).

В соответствии с «Нормами» вертикальную динамическую нагрузку определяют приближенно умножением силы тяжести (веса) вагона брутто на коэффициент вертикальной динамики k_дв. Сила тяжести вагона брутто включает в себя силу тяжести груза и элементов вагона, расположенных над рассматриваемой ступенью рессорного подвешивания, с четом 1/3 силы тяжести самого рессорного подвешивания.

Коэффициент вертикальной динамики в соответствии с «Нормами» рассматривается как случайная функция с вероятностным распределением.

Коэффициент к_дв определяется как квантиль этой функции при расчетной вероятности по формуле

где  - среднее вероятное значение коэффициента вертикальной динамики;

ß - параметр распределения (уточняется по экспериментальным данным), для грузовых вагонов при существующих условиях эксплуатации (ß = 1,13, для пассажирских ß = 1).

При оценке прочности вагонов по допускаемым напряжениям, принятым согласно расчетным режимам, принимается р(К_ДВ) = 0,97. Среднее вероятное значение К_ДВ определяется по формулам: при скоростях движения вагона Ʊ= 15 м/с (~ 55 км/ч).

при скоростях движения вагона Ʊ≤ 15 м/с

где а - коэффициент, принимаемый на основании обработки результатов теоретических и экспериментальных исследований равным для элементов кузова вагона 0,05; для обрессоренных частей тележки - 0,10; для необрессоренных частей тележки - 0,15;

b - коэффициент, учитывающий влияние числа осей в тележке (и) или группе тележек под одним концом вагона на величину коэффициента динамики:

ϑ - расчетная скорость движения вагона, ^м/_с;

f_CT - статический прогиб рессорного подвешивания, м.

Расчетный коэффициент вертикальной динамики для шкворневых (опорных) узлов рамы и шкворневых стоек (в местах заделки в раму) боковых стен кузова грузового вагона определяют с учетом влияния перевалки кузова вагона по формуле

где у - коэффициент, принимаемый равным 0,2.

Рекомендуемые «Нормами» формулы справедливы для вертикальной динамики современных вагонов, установленных на тележках, имеющих фрикционное или гидравлическое демпфирующее устройство и статический прогиб рессорного подвешивания = 0,015 м. При статическом прогибе менее 0,015 м рекомендуется условно принимать = 0,015 м.

При расчетах вагонов на боковую нагрузку учитывают силы динамического взаимодействия вагона и пути в горизонтальной поперечной плоскости (центробежные силы, силы давления ветра и поперечные составляющие сил взаимодействия вагонов друг с другом при движении в кривых участках пути).

Боковые силы, возникающие при динамическом взаимодействии вагона и пути, определяются методами математического моделирования системы «вагон-путь».

На основании обработки результатов теоретических и экспериментальных исследований горизонтальных колебаний вагонов «Нормами» рекомендуется для расчета вагонов приближенно рассматривать боковую (рамную) силу Н_р, действующую от колесной пары на раму тележки, как случайную фикцию с вероятностным распределением:

Величина рамной силы Н_р определяется как квантиль этой функции при расчетной вероятности Р(Н_р) по формуле

где Н_р - среднее вероятное значение рамной силы, которое определяется по выражению

Р_ст - расчетное значение статической осевой нагрузки;

b - коэффициент, учитывающий влияние числа осей в тележке;

δ - коэффициент, учитывающий тип ходовых частей вагона. Для грузовых вагонов на безлюлечных тележках с большой горизонтальной жесткостью подвешивания δ = 0,003.

3. Габариты подвижного состава

Одним из главных условий безопасности движения локомотивов, вагонов и иного подвижного состава является предупреждение их соприкосновения со стационарными сооружениями, расположенными вблизи железнодорожного пути, или с подвижным составом, находящимся на соседнем пути, Поэтому стационарные сооружения должны располагаться на определённом расстоянии от пути, а подвижной состав - иметь ограниченное поперечное очертание.

Таким образом, получаются два контура: контур, ограничивающий наименьшие допустимые размеры приближения строения и путевых устройств к оси пути - габарит приближения строений: и контур, ограничивающий наибольшие допускаемые размеры поперечного сечения подвижного состава - габарит подвижного состава. Второй расположен внутри первого и между ними имеется пространство (зазоры), за исключением опорных поверхностей колёс, где оба контура совпадают.

ГОСТ 9238-83 устанавливает следующие определения для двух рассматриваемых разновидностей габарита.

Габаритом приближения строений железных дорог называется предельное поперечное (перпендикулярное оси пути) очертание, внутрь которого помимо подвижного состава не должны заходить никакие части сооружений и устройств, а также лежащие около пути материалы, запасные части и оборудование, за исключением частей устройств, предназначенных для непосредственного взаимодействия с подвижным составом (контактных проводов с деталями крепления, хоботов гидравлических колонок при наборе воды и др.) при условии, что положение этих устройств во внутри габаритном пространстве увязано с частями подвижного состава, с которыми они могут соприкасаться, и что они не могут вызвать соприкосновения с другими элементами подвижного состава.

Габаритом подвижного состава железных дорог называется предельное поперечное (перпендикулярное оси пути) очертание, в котором, не выходя наружу, должен помещаться установленный на прямом горизонтальном пути (при наиболее неблагоприятном положении в колее и отсутствии боковых наклонений на рессорах и динамических колебаний) как в порожнем, так и в нагруженном состоянии не только новый подвижной состав, но и подвижной состав, имеющий максимальные нормируемые износы.

Габаритом погрузки железных дорог называется предельное поперечное (перпендикулярное оси железнодорожного пути) очертание, в котором, не выходя наружу, должен размещаться груз (с учетом упаковки и крепления) на открытом железнодорожном подвижном составе при его нахождении на прямом горизонтальном железнодорожном пути.

Пространство между габаритами приближения строений и подвижного состава (а для двухпутных линий также между габаритами смежных подвижных составов) обеспечивает безопасные смещения подвижного состава и погруженных на нём грузов, которые возникают при движении, а также обусловленные допустимыми отклонениями элементов пути.

Все смещения вагона могут быть сведены к следующим четырём группам:

а) вызываемые возможными отклонениями в состоянии пути - уширение колеи, упругое отжатие рельсов, перекосы и износы шпал и подкладок, упругие осадки шпал и балласта и т.п.;

б) динамические колебания вагона, возникающие при его движении;

в) обусловленные зазорами и износами ходовых частей и прогибы и осадки рессорного подвешивания от статической нагрузки;

г) выносы частей вагона в кривых.

При габаритных расчётах учитывают только смещения, возможные при отклонениях, допускаемых нормами содержания вагона и пути. Поскольку размеры габарита приближения строений установлены для прямых участков пути, а в кривых имеются дополнительные уширения, выносы вагона в кривых учитывают только в размерах, превышающих имеющиеся уширения.

В зависимости от способов учёта указанных смещений вагонов различают две системы габаритов подвижного состава: строительную и эксплуатационную.

марта 1860 г. в нашей стране впервые в мире были установлены единые, обязательные для всех железных дорог габариты приближения строений и подвижного состава. Они выгодно отличаются от габаритов зарубежных железных дорог, позволяя создавать вагоны с наибольшим объёмом на единицу длины.

.1 Вписывание вагона в заданный габарит

Конструкция грузового вагона характеризуется следующими параметрами (рис 1.7):

Где:

В - ширина вагона, м

В_в - внутренняя ширина, м

- толщина боковой стены, м

а_т - толщина торцевой стены, м

а_в - вылет автосцепки, м

L_oб - общая длина вагона, м

L - наружная длина кузова, м

L_e - внутренняя длина кузова, м

L - база вагона, м

Определим ширину вагона из условия вписывания его в габарит. Для этого воспользовавшись методичкой определяются габариты  вагона в кривых участках пути.

Ширина вагона по высоте Н определяется по формуле

B= 2 (B₀ -E) (1.1)

где: - ширина соответствующего габарита подвижного состава на рассматриваемой высоте от уровня верха головок рельсов.

B = 2 (1625 - 124,3) = 3001,4 мм;

Обычно для вписывания вагонов в габарит ограничение полуширины по длине определяют для трех основных сечений:

- направляющего;

- внутреннего (среднего);

- наружного.

Определение ограничений определяется по формулам:

,

,

,

где: - максимальная полуширина колеи в кривой расчетного радиуса, мм;

- половина минимального расстояния между наружными гранями предельно изношенных гребней ободов колес;

- наибольшее возможное поперечное перемещения в направляющем сечении рамы тележки относительно колесной пары вследствие наличия зазоров при максимальных износах в буксовом узле и узле сочленения рамы тележки с буксой, мм;

- наибольшее возможное поперечное перемещения в направляющем сечении кузова относительно рамы тележки вследствие зазоров при максимальных износах и упругих колебаний в узле сочленения кузова и рамы тележки, мм;

- база вагона 9,72 м;

расстояние от рассматриваемого поперечного сечения вагона до его ближайшего направляющего сечения, м;

- база тележки, ;

- коэффициент, зависящий от расчетного радиуса кривой,

- величина геометрического смещения расчетного вагона в кривой ,₀= 26+31+ 0 = 57 мм;_B= 26+31+[2,5*(9,72-4,86)*4,86+2,14 - 180]= 57 мм;

4. Дать определение технико-экономических параметров вагона и указать их величины применительно к рассматриваемому вагону

К основным параметрам грузового вагона, оптимальная величина которых определяется в результате технико-экономического расчета, относится:

Т - тара вагона или его собственная масса;

Р - грузоподъемность вагона;- объем кузова;

F - площадь полувагона.

Эти параметры выбираются в зависимости от следующих показателей:

Lсц - длина вагона по осям автосцепок;

l - база вагона;

- количество осей.

Отражают геометрию кузова:

B - ширина заданного габарита,

H - высота габарита,

- - ширина колеи,

- нормируемая осевая нагрузка,

- нормируемая погонная нагрузка,

 - доля итого груза в общем объеме перевозок,

 - дальность перевозки итого груза.

При проектировании учитываются ограничения, накладываемые на вагон.

К ним относятся: допускаемая осевая нагрузка вагона, заданный габарит подвижного состава.

Для сравнения удобно пользоваться относительными параметрами или характеристиками.

 - технический коэффициент тары,

 - погрузочный коэффициент тары,

 - удельный объем,

φ - погрузочный объем,

 - удельная площадь пола,

 - погонная нагрузка брутто,

 - погонная нагрузка нетто.

Где:  - коэффициент использования грузоподъемности,

φ - коэффициент заполнения грузового помещения.

Для универсальных вагонов удобно пользоваться следующими зависимостями:

 - средняя статическая нагрузка, где  - статическая нагрузка итого груза.

 - средняя динамическая нагрузка.

Выводы

вагон нагрузка прочностной габарит

В курсовом проекте рассчитаны технико-экономические параметры вагона, произведено вписывание вагона в габарит, приведено техническое описание спроектированной конструкции и обоснование выбора его основных частей и сборочных единиц.

Список литературы

1.                Лукин В.В., Анисимов П.С., Конструирование и расчет вагонов, Москва - 2011 г.,

2.      Филиппов В.Н., Курыкина Т.Г., Шмыров Ю.А. Вписывание вагонов в габарит: Методические указания. - М.: МИИТ, 2001 г.;

.        Хохлов А.А., Курыкина Т.Г. Выбор оптимальных параметров грузовых вагонов: Методические указания. - М.: МИИТ, 1992 г.;

.        Технология         вагоностроения и ремонта вагонов. Под редакцией Безденного В.И. Учебник для вузов железнодорожного транспорта., М. Транспорт., 1976 г.;

.        Правила технической эксплуатации железных дорог ОАО «РЖД» от 13 мая 2011 г.